JPH1181146A - Chopped carbon fiber and its production - Google Patents

Chopped carbon fiber and its production

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JPH1181146A
JPH1181146A JP10156668A JP15666898A JPH1181146A JP H1181146 A JPH1181146 A JP H1181146A JP 10156668 A JP10156668 A JP 10156668A JP 15666898 A JP15666898 A JP 15666898A JP H1181146 A JPH1181146 A JP H1181146A
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weight
sizing agent
fiber bundle
carbon fiber
chopped carbon
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敏之 三好
Haruo Ohara
春夫 尾原
Keizo Ono
惠三 小野
Tetsuyuki Kyono
哲幸 京野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain chopped carbon fibers excellent in handling properties such as flowability and bindability by imparting an aqueous dispersion type sizing agent to a continuous carbon yarn bundle, cutting the bundle in a wet state, and subsequently drying the cut bundle under vibration. SOLUTION: The chopped carbon fibers are obtained by imparting a treating solution comprising an aqueous dispersion sizing agent containing one or the mixture of a urethane resin, an acrylic resin and an epoxy resin as a main component to a continuous carbon filament bundle comprising 20,000-150,000 filaments, controlling the treated bundle to a packing density of 5,000-20,000 D/mm, cutting the controlled bundle in a prescribed length in a wet state, and subsequently drying the cut bundle. The obtained chopped carbon fibers have an average weight of 1.7-4 mg/mm of a longitudinal unit length of the staple fiber bundle, a weight distribution variation rate of 30-60%, and an approximately rectangular staple fiber bundle cross-section shape whose one side has a length distribution having an average value of 1.5-6 mm and a variation degree of 25-40%.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂をマ
トリックスとする炭素繊維強化樹脂の製造に適したチョ
ップド炭素繊維およびその製造方法に関するもので、特
にフィラメント数が多く総繊度が大きい炭素繊維（いわ
ゆるラージ・トウ）を原料とするチョップド炭素繊維お
よびその製造方法に関するものである。更に詳しくは、
短繊維強化樹脂成形材料の強化材として流動性、集束性
等の取扱い性に優れたチョップド炭素繊維およびその製
造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chopped carbon fiber suitable for producing a carbon fiber reinforced resin having a thermoplastic resin as a matrix and a method for producing the same, and particularly to a carbon fiber having a large number of filaments and a large fineness ( The present invention relates to chopped carbon fibers using so-called large tow as a raw material and a method for producing the same. More specifically,
The present invention relates to a chopped carbon fiber having excellent handling properties such as fluidity and convergence as a reinforcing material for a short fiber reinforced resin molding material, and a method for producing the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】炭素繊維強化樹脂は、非強化の樹脂に比
べて強度、剛性、寸法安定性にはるかに優れているた
め、事務機器や自動車分野など様々な分野で広く利用さ
れている。炭素繊維の需要は年々増えており、航空機・
スポーツ等のプレミアム用途から建築、土木、エネルギ
ー関係の一般産業用途へ需要がシフトしてきており、炭
素繊維に対する要求も厳しく、性能だけでなく価格の低
減が大きな課題となっている。そのため近年、価格の低
減に向けてよりフィラメント数が多く総繊度が大きい炭
素繊維（束）が供給されるようになってきている。2. Description of the Related Art Carbon fiber reinforced resins are widely used in various fields such as office equipment and automobiles because they have far superior strength, rigidity and dimensional stability as compared with unreinforced resins. The demand for carbon fiber is increasing year by year,
Demand has shifted from premium applications such as sports to general industrial applications related to construction, civil engineering, and energy. Demands for carbon fiber are strict, and reduction of not only performance but also price is a major issue. Therefore, in recent years, carbon fibers (bundles) having a larger number of filaments and a larger total fineness have been supplied for cost reduction.

【０００３】炭素繊維強化樹脂の製造法としては様々な
方法があるが、よく用いられている方法は３〜１０ｍｍ
程度の長さに切断されたチョップド炭素繊維を樹脂ペレ
ットあるいは樹脂パウダーと共に押出機で溶融混練して
ペレット化（これをコンパウンド工程という）し、これ
を射出成形によって成形品とする方法である。このよう
な工程に供されるチョップド炭素繊維は、定量的にかつ
安定的に供給するために、サイジング剤で集束させた形
態で使用されるのが通常で、このサイジング剤で集束さ
れたチョップド炭素繊維は、スクリューフィーダー等に
より押出機に連続的に自動計量の下に供給される。[0003] There are various methods for producing a carbon fiber reinforced resin, and a frequently used method is 3 to 10 mm.
This is a method in which chopped carbon fibers cut to a length of about a length are melt-kneaded with an extruder together with resin pellets or resin powder to form pellets (this is referred to as a compounding step), and this is formed into a molded product by injection molding. The chopped carbon fiber subjected to such a process is usually used in a form bundled with a sizing agent in order to supply it quantitatively and stably, and the chopped carbon fiber bundled with this sizing agent is used. The fibers are continuously and automatically fed to the extruder by a screw feeder or the like.

【０００４】この際に、特に重要な特性は流動性であ
り、この特性が満たされないと極端な場合には、供給部
ホッパーで閉塞してプロセス不能になることがある。従
来から粉体を取り扱う分野では、ホッパーでの粉体の流
動性と摩擦係数、安息角、嵩密度、形状因子などの種々
の特性値との間に相関関係があることが知られている。
例えば、摩擦係数は低いほど、安息角は小さいほど、嵩
密度は高いほど流動性が高くなることが明らかにされて
いる。しかし、チョップドファイバーの場合には、粉体
の場合よりも、チョップドファイバー自体の形状因子
が、これらの特性値に大きな影響を与えるのである。そ
のため、例えば安息角の場合について云えば、円錐体の
大きさの影響や堆積させる条件（落下高さ、落下量の速
度等）の影響を受け、理想的な円錐形状にならないこ
と、測定試料量の影響を受けることなど測定条件により
その値が異なってくる。その結果、ある程度の特性値の
判定はできるが最終評価は工業生産での実際の装置で確
認テストを行っているのが実状である。[0004] In this case, a particularly important property is fluidity. If the property is not satisfied, in an extreme case, the process may become impossible due to blockage in the feeder hopper. 2. Description of the Related Art In the field of handling powder, it has been known that there is a correlation between the fluidity of powder in a hopper and various characteristic values such as a coefficient of friction, a repose angle, a bulk density, and a shape factor.
For example, it has been found that the lower the coefficient of friction, the smaller the angle of repose, and the higher the bulk density, the higher the fluidity. However, in the case of chopped fiber, the form factor of the chopped fiber itself has a greater effect on these characteristic values than in the case of powder. Therefore, for example, in the case of the angle of repose, an ideal cone shape is not obtained due to the influence of the size of the cone and the conditions for deposition (fall height, speed of drop amount, etc.) The value varies depending on the measurement conditions such as being affected by the measurement. As a result, it is possible to judge the characteristic value to some extent, but the final evaluation is actually a confirmation test performed by an actual device in industrial production.

【０００５】チョップド炭素繊維の流動性や集束性の改
良は、公知の粉体の取り扱い技術やチョップド炭素繊維
に極めて類似するガラス繊維の技術を参考にして、特開
平５−２６１７２９号公報および特開平５−２６１７３
０号公報等で種々の技術が提案されている。チョップド
炭素繊維の流動性は、チョップド炭素繊維が粉体の場合
に比べて、粒径に相当する寸法が極めて大きく、形状が
棒状あるいはフレーク状であること、および炭素繊維に
おいては、フィラメント数の少ない繊維束を合糸して処
理するガラス繊維と異なりフィラメント数が多く総繊度
が大きい繊維束であることから、これらから得られるチ
ョップド炭素繊維はチョップドガラス繊維よりも流動性
が低くなるのが一般的である。そのため、高性能化とコ
ストパーフォマンスの観点からガラス繊維チョップドフ
ァイバーに取って代わるためには既存設備でガラス繊維
と同等のプロセス性を有し生産性の低下を招かないこと
が求められてきた。The fluidity and convergence of chopped carbon fibers are improved by referring to known powder handling techniques and glass fiber techniques that are very similar to chopped carbon fibers, as disclosed in JP-A-5-261729 and JP-A-5-261729. 5-26173
Various techniques are proposed in Japanese Patent Publication No. 0 and the like. Fluidity of chopped carbon fiber, compared to the case where the chopped carbon fiber is powder, the size corresponding to the particle size is extremely large, the shape is rod-like or flake-like, and in carbon fiber, the number of filaments is small Unlike glass fibers, which are processed by combining fiber bundles, fiber bundles have a large number of filaments and a large total fineness, so that chopped carbon fibers obtained from them generally have lower fluidity than chopped glass fibers. It is. Therefore, in order to replace glass fiber chopped fiber from the viewpoints of higher performance and cost performance, it has been required that existing facilities have the same processability as glass fiber and do not cause a decrease in productivity.

【０００６】ところが、従来、チョップド炭素繊維は、
フィラメント数１，０００本から３０，０００本程度の
連続繊維を原料として製造されてきたのが、近年、炭素
繊維の低コスト化に伴い、従来よりフィラメント数が多
く総繊度が大きい繊維束の炭素繊維が製造されるように
なり、これらの炭素繊維を原料としたチョップドファイ
バーの製造を行う必要が生じてきている。However, conventionally, chopped carbon fibers are:
It has been manufactured using continuous fibers of about 1,000 to 30,000 filaments as raw materials. In recent years, along with the cost reduction of carbon fibers, carbon fibers of fiber bundles having a larger number of filaments and a larger total fineness have been conventionally used. Fibers have been produced, and it has become necessary to produce chopped fibers using these carbon fibers as raw materials.

【０００７】フィラメント数が多く総繊度が大きい繊維
束の炭素繊維を製造する際には、焼成時の反応熱の除去
を円滑の行うため扁平な形態で取り扱われることになる
のが一般的である。When producing carbon fibers of a fiber bundle having a large number of filaments and a large total fineness, the carbon fibers are generally handled in a flat form in order to smoothly remove the heat of reaction during firing. .

【０００８】その結果として、フィラメント数が多く総
繊度が大きい繊維束の炭素繊維を原料としてチョップド
炭素繊維を製造する場合、このような炭素繊維束は従来
のものよりも扁平度の高い形態のものであること、更に
炭素繊維束の形態が扁平な方がサイジング剤が糸条内部
まで浸透し易い等の理由から、従来のフィラメント数
１，０００本〜３０，０００本の炭素繊維束と同様のプ
ロセスでチョップド炭素繊維を製造すると、扁平度を高
くして製造することになる。一方、炭素繊維束の形態が
扁平になると、流動性や集束性の低いチョップ炭素繊維
となってしまうという問題を生じる。そこで、断面形状
を円形に近づけると繊維束の嵩密度が高くなるため、繊
維束内部にサイジング剤が浸透しにくくなり、集束性に
むらが生じ、さらにコンパウンド工程で受ける剪断力が
大きく解繊しやすくなり、ファイバーボールができやす
くなって流動性が低くなり、コンパウンド工程のホッパ
ーから押出機へ移送するときに閉塞等のトラブルを起こ
しやすくなる。As a result, when a chopped carbon fiber is produced from carbon fibers of a fiber bundle having a large number of filaments and a large total fineness, such a carbon fiber bundle has a higher flatness than a conventional one. Further, because the flattened form of the carbon fiber bundle is such that the sizing agent easily penetrates into the inside of the yarn, it is the same as the conventional carbon fiber bundle having 1,000 to 30,000 filaments. When chopped carbon fiber is manufactured by the process, the flatness is increased to manufacture. On the other hand, when the form of the carbon fiber bundle is flat, there arises a problem that chopped carbon fibers having low fluidity and low convergence are obtained. Therefore, when the cross-sectional shape is made closer to a circle, the bulk density of the fiber bundle increases, so that the sizing agent does not easily penetrate inside the fiber bundle, causing unevenness in the bunching property and further increasing the shearing force received in the compounding process. This facilitates the formation of fiber balls and lowers the fluidity, and easily causes troubles such as blockage when transferring from the hopper to the extruder in the compounding step.

【０００９】従来、チョップド炭素繊維を得る方法とし
ては、まず炭素繊維（束）をサイジング剤に浸漬し、次
に、乾燥工程で集束させた炭素繊維を連続または別工程
にてカッターでチョップ化する方法が一般的であった。
一方、ガラス繊維をチョップ化する方法は、溶融紡糸さ
れたガラス繊維にサイジング剤を付与した後、濡れた状
態でカットし、次いで乾燥する方法が一般的である。こ
のガラス繊維のチョップ化方法によれば、少ないサイジ
ング剤の付着量で高い集束性のチョップドファイバーが
得られやすく、この方法を炭素繊維に採用した例として
は特開平５−２６１７２９号公報および特開平５−２６
１７３０号公報がある。しかし、該公報でチョップ化す
る炭素繊維束は１２，０００本程度であり、フィラメン
ト数が多く総繊度が大きい繊維束の炭素繊維を処理する
ものでない。なお、前述のチョップドガラス繊維におい
てもサイジング剤を付与する工程での繊維束は４，００
０本程度であり太い繊維束を処理するものでない。Conventionally, as a method for obtaining chopped carbon fibers, first, carbon fibers (bundles) are immersed in a sizing agent, and then the carbon fibers bundled in a drying step are chopped by a cutter in a continuous or separate step. The method was common.
On the other hand, a method of chopping glass fibers is generally a method in which a sizing agent is applied to melt-spun glass fibers, then cut in a wet state, and then dried. According to this method for chopping glass fibers, chopped fibers having high convergence can be easily obtained with a small amount of sizing agent attached. Examples of the use of this method for carbon fibers are disclosed in JP-A-5-261729 and JP-A-5-261729. 5-26
No. 1730 is known. However, the carbon fiber bundle chopped in the publication is about 12,000, and does not process carbon fibers of a fiber bundle having a large number of filaments and a large total fineness. In the above-mentioned chopped glass fibers, the fiber bundle in the step of applying the sizing agent is 4,000.
It is about 0 fibers and does not process thick fiber bundles.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、主と
して炭素繊維強化複合材料に供する流動性、集束性に優
れたチョップド炭素繊維およびその製造方法を提供する
ことにあり、更に詳しくは、炭素繊維の低コスト化に伴
なうフィラメント数が多く総繊度が大きい炭素繊維束を
原料とすることの必要性を満たすとともに、それによる
炭素繊維束の高扁平度化に起因して生ずるチョップド炭
素繊維の流動性および集束性の低下の問題を解決するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a chopped carbon fiber which is mainly used for a carbon fiber reinforced composite material and has excellent fluidity and convergence, and a method for producing the same. Chopped carbon fibers that meet the necessity of using carbon fiber bundles with a large number of filaments and a large total fineness as a raw material for cost reduction of fibers, and resulting from high flatness of the carbon fiber bundles To solve the problems of reduced fluidity and convergence.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のチョップド炭素繊維は、サイジング剤が付
与されたチョップド炭素繊維の集合体であって、その集
合体の構成単位である短繊維束片の繊維長方向の単位長
さ当たりの平均重量が１．７〜４ｍｇ／ｍｍの範囲にあ
り、かつ、その繊維長方向の単位長さ当たりの重量の分
布における変動率が３０〜６０％であることを特徴とす
るものからなる。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the chopped carbon fiber of the present invention is an aggregate of chopped carbon fibers to which a sizing agent has been added, and is a short unit which is a constituent unit of the aggregate. The average weight per unit length in the fiber length direction of the fiber bundle piece is in the range of 1.7 to 4 mg / mm, and the variation rate in the weight distribution per unit length in the fiber length direction is 30 to 60. %.

【００１２】また、本発明に係るチョップド炭素繊維
は、次のような特性を有することを特徴とするものから
なる。 ０．５≦Ｗ1 2／（Ｋ・Ｗ2）≦１．５ ここで、 Ｋ ：定数＝５９７、 Ｗ1：容積２００ccの容器に充填した時の重量（ｇ）、 Ｗ2：直径８ｃｍの平らなステンレス製測定台上に堆積
可能な最大重量（ｇ） である。Further, the chopped carbon fiber according to the present invention is characterized by having the following characteristics. 0.5 ≦ W 1 2 / (K · W 2) ≦ 1.5 where, K: constant = 597, W 1: weight when filled in a container of volume 200cc (g), W 2: 8cm diameter The maximum weight (g) that can be deposited on a flat stainless steel measuring table.

【００１３】また、本発明に係るチョップド炭素繊維の
製造方法は、フィラメント数が２０，０００〜１５０，
０００本の範囲の連続炭素繊維束に、水分散系サイジン
グ剤を含有するサイジング剤を付与し、充填密度５，０
００〜２０，０００Ｄ／ｍｍの範囲に制御し、且つ、カ
ット時の含液量が１０〜３５重量％の濡れた状態で炭素
繊維束をカットし、次いで乾燥前の含液量が１５〜４５
重量％の状態で、振動下で乾燥することを特徴とする方
法からなる。Further, the method for producing chopped carbon fiber according to the present invention has a number of filaments of 20,000 to 150,
A sizing agent containing an aqueous dispersion sizing agent is applied to a continuous carbon fiber bundle in the range of
The carbon fiber bundle is cut in a wet state where the liquid content at the time of cutting is controlled to be in the range of 00 to 20,000 D / mm and the liquid content at the time of cutting is 10 to 35% by weight, and then the liquid content before drying is 15 to 45%.
Drying under vibration in a state of weight%.

【００１４】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、本発明について、望まし
い実施の形態とともに詳細に説明する。本発明において
は、汎用的な強度２０００〜７０００ＭＰａ、弾性率１
５０〜５００ＧＰａを有する炭素繊維が通常使用される
が、特に、これに限定されるものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with preferred embodiments. In the present invention, general-purpose strength of 2000 to 7000 MPa, elastic modulus of 1
Carbon fibers having 50 to 500 GPa are usually used, but are not particularly limited thereto.

【００１５】本発明のチョップド炭素繊維の製造方法に
おいて使用される炭素繊維束は、単繊維デニールが０．
３〜２デニール、好ましくは０．６〜１デニール、フィ
ラメント数が２０，０００〜１５０，０００本から成る
多フィラメント炭素繊維で、１ｍ当たり０〜１０回の撚
を有する炭素繊維を用いることができる。The carbon fiber bundle used in the method for producing chopped carbon fiber of the present invention has a single fiber denier of 0.1%.
3 to 2 denier, preferably 0.6 to 1 denier, a multifilament carbon fiber having 20,000 to 150,000 filaments, and a carbon fiber having 0 to 10 twists per meter can be used. .

【００１６】炭素繊維の供給は、炭素繊維製造工程から
直接本発明のチョップド工程に供する方法、または一旦
巻き取った繊維束を供給する方法のいずれでもよい。し
たがって、無撚か加撚は適宜必要に応じて決められる。The supply of the carbon fiber may be either a method of directly supplying the chopped step of the present invention from the carbon fiber production step or a method of supplying a once-wound fiber bundle. Therefore, non-twisting or twisting is appropriately determined as needed.

【００１７】この場合、加撚方法としては、動力を用い
てボビンを機械的に回転させ、強制的に撚りをかける方
法以外にボビンから縦取りで解舒する時に発生する解舒
撚りも含む。解舒撚りの場合、ボビンの外側から引き出
すアウトサイドプル方式や、ボビンの内側から引き出
す、いわゆるインサイドプル方式等も含む。さらに、プ
ロセスに応じて、ハンドリング性を改善するための一次
サイジング剤を０．１〜２．０重量％付与し乾燥された
炭素繊維束をチョップド炭素繊維の原料として用いるこ
とも可能である。In this case, the twisting method includes not only a method of mechanically rotating a bobbin using power and forcibly twisting, but also an untwisting that occurs when the bobbin is unwound vertically from a bobbin. In the case of unwinding twisting, an outside pull method of drawing from the outside of the bobbin and a so-called inside pull method of drawing from the inside of the bobbin are also included. Furthermore, depending on the process, it is also possible to add a primary sizing agent of 0.1 to 2.0% by weight for improving handling properties and use the dried carbon fiber bundle as a raw material for chopped carbon fibers.

【００１８】本発明で使用するサイジング剤は、集束性
を付与できるものであれば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹
脂のいずれでもよい。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ
樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、エポキシ変性ウレタ
ン樹脂、ポリエステル樹脂、フェーノル樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ
エーテルイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリサルホ
ン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリビニルアルコ
ール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリアクリル樹
脂、またはこれらの樹脂の単独もしくはブレンドであ
る。これらの樹脂は、水分散液または水溶液として用い
る。尚、水分散液または水溶液には若干の溶剤を含んで
いてもよい。The sizing agent used in the present invention may be any of a thermosetting resin and a thermoplastic resin as long as it can impart convergence. For example, urethane resin, epoxy resin, urethane-modified epoxy resin, epoxy-modified urethane resin, polyester resin, phenol resin, polyamide resin, polycarbonate resin, polyimide resin, polyetherimide resin, bismaleimide resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin , A polyvinyl alcohol resin, a polyvinyl pyrrolidone resin, a polyacryl resin, or a single or blend of these resins. These resins are used as an aqueous dispersion or an aqueous solution. Incidentally, the aqueous dispersion or the aqueous solution may contain some solvent.

【００１９】これらの樹脂の中でも、フィルムをフィル
ム状にして測定した場合の引張弾性率が、１〜３０ＭＰ
ａであるウレタン樹脂が、特に好ましい。ウレタン樹脂
は炭素繊維を集束する性能に優れた樹脂であり、フィル
ム弾性率を規制することによりさらに好ましくなる。フ
ィルム弾性率が１ＭＰａ未満であると集束性を高める効
果が小さく、３０ＭＰａを超えるとコンパウンド工程の
ホッパーから押出機への移送を想定した攪拌時に脆く開
繊しやすくなりトラブルの原因になることがある。Among these resins, the tensile elastic modulus when the film is measured in the form of a film is 1 to 30 MPa.
The urethane resin a is particularly preferred. Urethane resin is a resin excellent in the ability to bundle carbon fibers, and is more preferable by regulating the film elastic modulus. When the film elastic modulus is less than 1 MPa, the effect of enhancing the convergence is small, and when the film elastic modulus exceeds 30 MPa, brittle opening is likely to occur during stirring assuming transfer from the hopper to the extruder in the compounding process, which may cause trouble. .

【００２０】なお、上記フィルム引張弾性率とは、水系
ウレタンサイジング剤液を板上に薄くのばした状態で、
室温にて２４時間、８０℃で６時間、さらに１２０℃で
２０分間乾燥した厚み約０．４ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ
１００ｍｍのフィルムを２００ｍｍ／分の速度で引張試
験して、伸びが１００％になったときの応力をＭＰａで
表したものである。The above-mentioned film tensile elasticity refers to a condition that an aqueous urethane sizing agent solution is thinly spread on a plate,
A film having a thickness of about 0.4 mm, a width of 10 mm, and a length of 100 mm dried at room temperature for 24 hours, at 80 ° C. for 6 hours, and further at 120 ° C. for 20 minutes was subjected to a tensile test at a rate of 200 mm / min to have an elongation of 100%. The stress at the time of was expressed in MPa.

【００２１】また、本発明において、サイジング剤がエ
ポキシ樹脂であることも好ましい。エポキシ樹脂は、マ
トリックス樹脂との接着性や耐熱性に優れたサイジング
剤である。エポキシ樹脂を単独で使用することも好まし
いがウレタン樹脂と併用するとチョップド炭素繊維の集
束性がさらに向上するため好ましい。In the present invention, the sizing agent is preferably an epoxy resin. Epoxy resin is a sizing agent excellent in adhesiveness to matrix resin and heat resistance. It is preferable to use the epoxy resin alone, but it is preferable to use the epoxy resin in combination with the urethane resin because the convergence of the chopped carbon fibers is further improved.

【００２２】また、本発明において、サイジング剤がア
クリル樹脂であることも好ましい。アクリル樹脂は、エ
ポキシ樹脂と同様にマトリックス樹脂との接着性がよい
ことや耐熱性に優れておりサイジング剤として好まし
い。このアクリル樹脂を単独で使用しても好ましいがウ
レタン樹脂やエポキシ樹脂と併用して使用してもよい。In the present invention, it is also preferable that the sizing agent is an acrylic resin. Acrylic resin is preferable as a sizing agent because it has good adhesiveness to a matrix resin and excellent heat resistance like an epoxy resin. The acrylic resin may be used alone, but may be used in combination with a urethane resin or an epoxy resin.

【００２３】さらに、炭素短繊維の集束性をより向上さ
せるためには、シランカップリング剤のような反応性の
サイジング剤を０．０５〜３重量％の範囲で添加するこ
とも有効である。Further, in order to further improve the convergence of short carbon fibers, it is effective to add a reactive sizing agent such as a silane coupling agent in a range of 0.05 to 3% by weight.

【００２４】本発明においてウレタン樹脂とは、ジイソ
シアネートとイソシアネート基と反応性の水素原子を有
する化合物ポリオールの付加重合によって得られる。In the present invention, the urethane resin is obtained by addition polymerization of a diisocyanate and a compound polyol having a hydrogen atom reactive with an isocyanate group.

【００２５】ジイソシアネートとしては、例えば、トリ
レンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、
フェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソ
シアネート、キシリレンジイソシアネート等の芳香族ジ
イソシアネート、１−１−６ヘキサメチレンジイソシア
ネート、ヘキサンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシ
アネートが挙げられる。Examples of the diisocyanate include tolylene diisocyanate, naphthalene diisocyanate,
Examples thereof include aromatic diisocyanates such as phenylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, and xylylene diisocyanate; and aliphatic diisocyanates such as 1-1-6 hexamethylene diisocyanate and hexane diisocyanate.

【００２６】ポリオールとしては、第一のポリオール
は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチ
レングリコール、グリセリン、ヘキサンジオール、トリ
メチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの多価
アルコールにエチレンオキサイド、テトラヒドロフラン
などのアルキレンオキサイドの１種または２種以上を付
加重合させた末端にヒドロキシル基を有するポリエーテ
ルポリオールや、レゾルシノール、ビスフェノールのよ
うな多価フェノール類のアルキレンオキサイド付加重合
物、コハク酸、アジピン酸、フマール酸、マレイン酸、
グルタール酸、アゼライン酸、フタール酸、テレフタル
酸、ダイマー酸、ピロメリット酸などの多塩基性カルボ
ン酸類のアルキレンオキサイド付加重合物等である。As the polyol, the first polyol is a polyhydric alcohol such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, glycerin, hexanediol, trimethylolpropane, or pentaerythritol, or one of alkylene oxides such as ethylene oxide and tetrahydrofuran. Or a polyether polyol having a hydroxyl group at the terminal obtained by addition polymerization of two or more, resorcinol, an alkylene oxide addition polymer of a polyhydric phenol such as bisphenol, succinic acid, adipic acid, fumaric acid, maleic acid,
Examples include alkylene oxide addition polymers of polybasic carboxylic acids such as glutaric acid, azelaic acid, phthalic acid, terephthalic acid, dimer acid, and pyromellitic acid.

【００２７】第二のポリオールはポリエステルポリオー
ルとして、多価アルコールと多塩基性カルボン酸との縮
合物、ヒドロキシカルボン酸と多価アルコールとの縮合
物などであり、多価アルコール、多塩基性カルボン酸と
して上述のものが使用できる。The second polyol is a polyester polyol such as a condensate of a polyhydric alcohol and a polybasic carboxylic acid, a condensate of a hydroxycarboxylic acid and a polyhydric alcohol, and the like. The above can be used as

【００２８】第三のポリオールはポリエステルエーテル
ポリオールとして、上記ポリエステルにアルキレンオキ
サイドを付加重合せしめたポリエーテルを多塩基性カル
ボン酸で縮合させた末端にヒドロキシル基を有するポリ
エステルポリエーテルなど、さらに、上記ポリオール成
分として分子中にポリカーボネート骨格を有するポリカ
ーボネートポリオールを含むポリカーボネート系ウレタ
ン樹脂等を挙げることができる。The third polyol is a polyester ether polyol, such as a polyester polyether having a hydroxyl group at a terminal obtained by condensing a polyether obtained by addition-polymerizing an alkylene oxide on the above-mentioned polyester with a polybasic carboxylic acid. As a component, a polycarbonate urethane resin containing a polycarbonate polyol having a polycarbonate skeleton in a molecule can be exemplified.

【００２９】エポキシ樹脂としては、アミン類、フェノ
ール類などを前駆体とするエポキシ樹脂が好ましい。As the epoxy resin, an epoxy resin using an amine, a phenol or the like as a precursor is preferable.

【００３０】具体的には、アミン類を前駆体とするエポ
キシ樹脂として、テトラグリシジルジアミンジフェニル
メタン、トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール、トリ
グリシジル−ｍ−アミノフェール、トリグリシジルアミ
ノクレゾール挙げられる。フェノール類を前駆体とする
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノール
Ｓ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エボキシ樹
脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノ
ール型ポキシ樹脂が挙げられる。Specifically, epoxy resins using amines as precursors include tetraglycidyldiaminediphenylmethane, triglycidyl-p-aminophenol, triglycidyl-m-aminophenol, and triglycidylaminocresol. Examples of the epoxy resin having a phenol as a precursor include a bisphenol A epoxy resin, a bisphenol F epoxy resin, a bisphenol S epoxy resin, a phenol novolak ethoxy resin, a cresol novolak epoxy resin, and a resorcinol epoxy resin.

【００３１】エポキシ樹脂は、ほとんどが水不溶性であ
ることから水分散系として使用される。この際、高分子
量のエポキシ樹脂に低分子量のエポキシ樹脂を併用する
と分散安定性が向上する。さらにサイジング剤を付与し
たファイバーの柔軟性も向上し、工程通過性がよくなり
好ましい。具体的には、エポキシ樹脂の分子量がエピビ
スタイプで３００〜５００の液状のエポキシ化合物と分
子量が８００〜２０００の固体状のエポキシ化合物がそ
れぞれの重量比で５０：５０〜５：９５の範囲のものが
好ましい。液状エポキシが多過ぎると集束性や耐熱性が
低下する。Epoxy resins are used as an aqueous dispersion because most of them are insoluble in water. In this case, when a low molecular weight epoxy resin is used in combination with the high molecular weight epoxy resin, the dispersion stability is improved. Further, the flexibility of the fiber provided with the sizing agent is improved, and the processability is improved, which is preferable. Specifically, a liquid epoxy compound having a molecular weight of 300 to 500 and a solid epoxy compound having a molecular weight of 800 to 2,000 are each in a weight ratio of 50:50 to 5:95. Are preferred. If the amount of the liquid epoxy is too large, the convergence and heat resistance decrease.

【００３２】アクリル樹脂としてはアクリル酸系、アク
リル酸エステル系、メタクリル酸エステル系等の重合体
が主成分であり、これを変性したものも含まれるが特に
これらに限定するものではない。具体的には日本アクリ
ル化学社製のプライマルＨＡ−１６、ＨＡ−８、Ｅ−３
５６等が挙げられる。The acrylic resin is mainly composed of a polymer of acrylic acid type, acrylic acid ester type, methacrylic acid ester type or the like, and includes a modified one thereof, but is not particularly limited thereto. Specifically, Primal HA-16, HA-8, and E-3 manufactured by Nippon Acrylic Chemicals, Inc.
56 and the like.

【００３３】本発明におけるサイジング剤の付与方法
は、炭素繊維束を走行させながらサイジング剤液に浸漬
するディップ方式、またはローラー表面に付着したサイ
ジング剤液を走行している炭素繊維束に接触させるキス
ロール方式、または炭素繊維が走行しているガイドの接
触部分に設けた孔またはスリットのガイドよりサイジン
グ剤液を送り出して付与するガイド給油方式によりサイ
ジング剤を付与することが好ましい。特にガイド給油方
式は含液率の制御性と繊維束の形態制御の観点から好ま
しい。ガイドとして設けた孔またはスリットから必要量
を吐出させることにより、容易に設定した含液率に制御
することができ、ガイド幅により繊維幅の規制を安定し
て行うことができる。この場合、ガイドは１個または２
個以上設けてもよく、扁平状の炭素繊維束の片面または
両面に付与する。付与した後、表面のサイジング剤液が
繊維束内部に浸透しやすくするために、ローラーでしご
きを加えながら走行させてもよい。さらにサイジング剤
液を付与してから１０秒以上滞留させれば、繊維束内に
浸透しやすくなりより好ましい。The method of applying the sizing agent according to the present invention may be a dipping method in which the carbon fiber bundle is immersed in the sizing agent solution while running, or a kiss roll in which the sizing agent solution attached to the roller surface is brought into contact with the running carbon fiber bundle. It is preferable to apply the sizing agent by a system or a guide oiling system in which a sizing agent solution is sent out and applied from a guide of a hole or a slit provided at a contact portion of a guide where carbon fibers are running. Particularly, the guide lubrication method is preferable from the viewpoint of controllability of the liquid content and control of the shape of the fiber bundle. By discharging a required amount from a hole or slit provided as a guide, the liquid content can be easily controlled to the set liquid content, and the fiber width can be regulated stably by the guide width. In this case, one or two guides
More than one carbon fiber bundle may be provided on one or both sides of the flat carbon fiber bundle. After application, the sizing agent liquid on the surface may be run while applying ironing with a roller in order to easily penetrate into the fiber bundle. Further, it is more preferable that the sizing agent liquid is retained for 10 seconds or more after the sizing agent liquid is applied because the sizing agent liquid easily permeates into the fiber bundle.

【００３４】また、好ましい含液率制御方法はノズル孔
を用いる方法である。サイジング剤液に炭素繊維をディ
ップ後所定の径のノズル孔に通して含液量を決める方法
である。この場合、炭素繊維の目付け（ｇ／ｍ）と比重
から計算される炭素繊維束の断面積（ｃｍ2 ）をノズル
孔の面積（ｃｍ2 ）で割った値が０．４〜０．７になる
ノズル孔径であることが好ましい。この方法による場
合、一旦、多量に付着したサイジング剤液を絞り出すと
共に繊維束内まで均一にサイジング剤液を浸透させるこ
とができる。A preferred liquid content control method is a method using a nozzle hole. This is a method in which carbon fibers are dipped in a sizing agent liquid and then passed through a nozzle hole having a predetermined diameter to determine the liquid content. In this case, the value the cross-sectional area of (cm 2) divided by the area of the nozzle hole (cm 2) of the carbon fiber bundle calculated from the specific gravity and weight per unit area (g / m) of the carbon fibers in the 0.4 to 0.7 It is preferable that the nozzle hole diameter is as follows. According to this method, the sizing agent liquid once adhered in a large amount can be squeezed out, and the sizing agent liquid can uniformly penetrate into the fiber bundle.

【００３５】この他に含液率規制方法として、ニップロ
ーラーでサイジング剤液を付与した炭素繊維束を絞る方
法や、ノズル孔より噴出した圧空により一旦多めに糸束
に付着させたサイジング剤液を吹き飛ばす方法等もあ
る。Other methods for regulating the liquid content include a method of squeezing a carbon fiber bundle to which a sizing agent solution has been applied using a nip roller, and a method of using a sizing agent solution that has been once more adhered to a yarn bundle by pressurized air ejected from a nozzle hole. There is also a method of blowing off.

【００３６】サイジング剤液を含浸させた後カットされ
るまで繊維束の張力と形状、特に繊維束の幅の制御は、
チョップド炭素繊維の流動性や集束性に影響するので重
要である。そのため、種々のガイド、溝付きローラー等
を配して５，０００〜２０，０００Ｄ／ｍｍの範囲にお
いて目標の充填密度に調整した後カットする。充填密度
は繊維束の総繊度（Ｄ）を繊維束幅（繊維軸と直角方向
の長さ（ｍｍ））で除した値である。The control of the tension and shape of the fiber bundle, particularly the width of the fiber bundle, until the fiber bundle is cut after being impregnated with the sizing agent solution,
This is important because it affects the fluidity and convergence of chopped carbon fibers. Therefore, various guides, rollers with grooves, etc. are arranged to adjust the target packing density in the range of 5,000 to 20,000 D / mm and then cut. The packing density is a value obtained by dividing the total fineness (D) of the fiber bundle by the fiber bundle width (length (mm) in a direction perpendicular to the fiber axis).

【００３７】本発明においては、炭素繊維束における炭
素繊維の充填密度を５，０００〜２０，０００Ｄ／ｍｍ
の範囲にしてサイジング剤を付与する必要がある。炭素
繊維の充填密度を５，０００Ｄ／ｍｍ未満の状態では含
液量を制御しても集束性は充填密度支配により高くなり
難い。また２０，０００Ｄ／ｍｍを越えた状態でサイジ
ング剤液をを付与すると液が繊維束内部まで十分浸透す
るのに時間がかかるため、連続のプロセスでは含浸むら
が生じ、集束性が低下する。In the present invention, the packing density of the carbon fibers in the carbon fiber bundle is set to 5,000 to 20,000 D / mm.
And a sizing agent needs to be provided. When the packing density of the carbon fibers is less than 5,000 D / mm, even if the liquid content is controlled, the convergence does not easily increase due to the dominance of the packing density. Also, if the sizing agent liquid is applied in a state of exceeding 20,000 D / mm, it takes time for the liquid to sufficiently penetrate into the fiber bundle, so that the impregnation unevenness occurs in a continuous process, and the convergence is reduced.

【００３８】本発明におけるカット時の含液率および乾
燥前の含液率がそれぞれ１０〜３５重量％、１５〜４５
重量％と異なっているのは、それぞれの工程でのプロセ
ス性と最適含液率の関係が異なっているためである。す
なわち、カット時の含液率はカット時の剪断力（解繊作
用）によって繊維束が細分断化すること、極端な場合と
して単繊維に分断することとカッター刃へのチョップド
繊維の付着を防止することにある。一方、乾燥に供する
時の含液率は、液の表面張力の働きによりが繊維束の集
束性が高くなることにある。なお表面張力は含液量が多
いほど大きくなり乾燥後の集束性は高くなる。In the present invention, the liquid content at the time of cutting and the liquid content before drying are 10 to 35% by weight and 15 to 45%, respectively.
The reason for the difference from the weight% is that the relationship between the processability and the optimum liquid content in each step is different. In other words, the liquid content at the time of cutting is such that the fiber bundle is finely divided by the shearing force (defibrating action) at the time of cutting, and in extreme cases, is cut into single fibers and adhesion of chopped fibers to the cutter blade is prevented. Is to do. On the other hand, the liquid content at the time of drying is based on the function of the surface tension of the liquid, and the convergence of the fiber bundle is enhanced. The surface tension increases as the liquid content increases, and the convergence after drying increases.

【００３９】上記の理由から、濡れ糸をカッターでチョ
ップド炭素繊維にカットする時の含液率は１０〜３５重
量％の範囲となるように制御する。好ましくは、１５〜
２５重量％の範囲である。３５重量％を超えるとチョッ
プド炭素繊維同士が接着して流動性が悪くなることと、
カット時にカッター刃やローラーに付着しカット工程で
トラブルを起こしやすくなる。また、含液率が１０重量
％未満であると、カット工程での剪断力で炭素繊維束が
解繊しやすくなるので好ましくない。次いで、乾燥前の
含液率は１５〜４５重量％の範囲に制御する必要があ
る。好ましくは２５〜３５重量％の範囲である。４５重
量％を超えると乾燥付加が大きくなったり乾燥機が汚れ
やすい等の傾向がある。１５重量％未満では集束性が低
下することがある。For the above reasons, the liquid content when the wet yarn is cut into chopped carbon fibers by a cutter is controlled so as to be in the range of 10 to 35% by weight. Preferably, 15 to
It is in the range of 25% by weight. If it exceeds 35% by weight, the chopped carbon fibers adhere to each other and the fluidity deteriorates.
It adheres to cutter blades and rollers during cutting, and causes troubles in the cutting process. On the other hand, if the liquid content is less than 10% by weight, the carbon fiber bundle is easily defibrated by the shearing force in the cutting step, which is not preferable. Next, the liquid content before drying needs to be controlled in the range of 15 to 45% by weight. Preferably, it is in the range of 25 to 35% by weight. If it exceeds 45% by weight, there is a tendency that the drying addition becomes large or the dryer is easily stained. If it is less than 15% by weight, the convergence may decrease.

【００４０】また、本発明は、濡れ糸カット後に水また
はサイジング剤液を追加付与した場合でも水が蒸発する
時に集束効果が発揮できることを見出した点にも特徴が
ある。The present invention is also characterized in that even when water or a sizing agent solution is additionally applied after the wet yarn is cut, a convergence effect can be exerted when water evaporates.

【００４１】すなわち、１０重量％未満の低い含水率の
ままでカットすると、前述のようにカッターの剪断力に
よって糸束が解繊しやすく集束性のよいチョップドファ
イバーを得ることが困難になるが、カット後、乾燥前
に、糸束に水またはサイジング剤液を追加付与して乾燥
することにより、集束性の良好なチョップド炭素繊維が
得られるのである。この場合、追加付与するものとして
は水がコストの点から最適であるが、集束効果を期待で
きる水系サイジング剤であればいずれのものでもよい。
なお、ここでいう水系サイジング剤とは、水溶性サイジ
ング剤や水エマルジョンのようなものを指すが、少量の
有機溶媒を含んでいてもよい。That is, if the cut is performed with a low water content of less than 10% by weight, it becomes difficult to obtain a chopped fiber which is easy to defibrate due to the shearing force of the cutter as described above and has a good bundle property. After cutting and before drying, water or a sizing agent solution is additionally applied to the yarn bundle and dried, so that chopped carbon fibers having good bunching properties can be obtained. In this case, water is optimally added in terms of cost, but any water-based sizing agent that can expect a focusing effect may be used.
The term “water-based sizing agent” used herein means a water-soluble sizing agent or a water emulsion, but may contain a small amount of an organic solvent.

【００４２】本発明において、含液率とは、乾燥後の炭
素繊維重量に対するサイジング剤液重量の割合である。
このときのサイジング剤液の濃度は目標のサイジング剤
付着率になるように設定する必要がある。通常０．３〜
１０重量％が採用されている。In the present invention, the liquid content is a ratio of the weight of the sizing agent liquid to the weight of the dried carbon fiber.
At this time, it is necessary to set the concentration of the sizing agent liquid so as to achieve a target sizing agent adhesion rate. Usually 0.3 ~
10% by weight is employed.

【００４３】濡れ糸をカットする方法としては、ロービ
ングカッター等のロータリー式カッターや、ギロチンカ
ッター等通常用いられているカッターを用いることがで
きる。また、カットの際にはローラー等の回転部に付着
しようとする、あるいは付着したカットファイバーをブ
ラシ等で除去し、付着防止することも好ましい。カット
の際に適正範囲の撚数、充填密度および含液率にするこ
とにより、ある確率でチョップド炭素繊維が繊維軸方向
に分断し、流動性や集束性が改善されたチョップドファ
イバーが得られる。As a method for cutting the wet thread, a rotary cutter such as a roving cutter, or a commonly used cutter such as a guillotine cutter can be used. Further, at the time of cutting, it is also preferable to try to adhere to a rotating portion such as a roller, or to remove the attached cut fiber with a brush or the like to prevent adhesion. By setting the number of twists, the packing density and the liquid content in appropriate ranges at the time of cutting, the chopped carbon fiber is divided in the fiber axis direction at a certain probability, and a chopped fiber with improved fluidity and convergence can be obtained.

【００４４】本発明においては、さらにカットしたチョ
ップドファイバーを乾燥する時に振動を加えながら、さ
らに好ましくは流動化状態下で、熱風乾燥する。濡れた
チョップド炭素繊維をオーブンで乾燥する時に振動を加
えることにより扁平状にカットされたチョップド炭素繊
維の繊維束片同士の接合を防止できると共に、繊維軸方
向に分断させることにより扁平率の小さいチョップド炭
素繊維になり、流動性に富む形状になる。振動数として
は５〜２５サイクル／秒で振幅３〜１０ｍｍが好まし
い。また、乾燥速度も流動性を確保するために適正化が
はかられている。In the present invention, the cut chopped fiber is dried with hot air while applying vibration while drying it, more preferably in a fluidized state. Vibration is applied when the wet chopped carbon fiber is dried in an oven, so that the flattened chopped carbon fiber bundles can be prevented from joining together, and the flattened chopped carbon fiber can be separated in the fiber axis direction. It becomes carbon fiber and has a shape with high fluidity. The frequency is preferably 5 to 25 cycles / sec and the amplitude is 3 to 10 mm. Further, the drying speed has been optimized in order to ensure fluidity.

【００４５】このようにして製造されたチョップド炭素
繊維は、繊維軸方向に分断の結果、チョップドファイバ
ーの集合体を構成する一つ一つの繊維束、つまり短繊維
束片の大きさ、重量あるいは単繊維本数がある分布を持
つものの、平均値が小さくなり流動性が改善されたもの
になる。The chopped carbon fibers produced in this manner are cut in the fiber axis direction, and as a result, each fiber bundle constituting the aggregate of the chopped fibers, that is, the size, weight or single size of the short fiber bundle piece is reduced. Although the number of fibers has a certain distribution, the average value is reduced and the fluidity is improved.

【００４６】繊維束を長さ数ｍｍにカットすると、その
形状は製造方法により異なるが円柱状あるいは平板状
（フレーク状）になる。特に太い繊維束を原料にした場
合、サイジング剤液の含浸工程、カット工程等のプロセ
ス上の制約から平板状、特に略矩形平板状になるのが通
常である。この平板の扁平率が高いほど流動性は低いの
で、できるだけ扁平率の小さい形状にすることが望まれ
ている。When the fiber bundle is cut to a length of several mm, the shape becomes cylindrical or flat (flake) although the shape varies depending on the manufacturing method. In particular, when a thick fiber bundle is used as a raw material, it usually has a flat plate shape, particularly a substantially rectangular flat plate shape due to process restrictions such as a sizing agent impregnation step and a cutting step. Since the fluidity is lower as the flatness of the flat plate is higher, it is desired that the flatness be as small as possible.

【００４７】本発明によって得られたチョップド炭素繊
維の優れた流動性および集束性は、本発明者らの新たな
技術的知見によって説明できる。以下その技術的知見に
ついて説明する。The excellent fluidity and convergence of the chopped carbon fiber obtained by the present invention can be explained by the present inventors' new technical knowledge. Hereinafter, the technical knowledge will be described.

【００４８】すなわち、流動性および集束性の指標とし
て、嵩密度あるいは安息角を単独で用いるのではなく、
嵩密度を安息角の正接値で除した値が流動性の指標に最
適である。しかし、チョップド炭素繊維の安息角の測定
値は、ばらつきが大きいという問題があり、さらに検討
を重ねた結果、嵩密度を安息角の正接値で除した値と実
質的に同等の物理量であるＷ1 2／Ｋ・Ｗ2 の方が精度よ
く流動性を評価できることが判明し、この値が特定範囲
にあることで、特に優れた流動性を示すことが分かっ
た。That is, instead of using bulk density or angle of repose alone as an index of fluidity and convergence,
The value obtained by dividing the bulk density by the tangent of the angle of repose is optimal for the index of fluidity. However, the measured value of the angle of repose of the chopped carbon fiber has a problem that the dispersion is large, and as a result of further study, the physical quantity W is substantially the same as the value obtained by dividing the bulk density by the tangent of the angle of repose. It was found that 1 2 / K · W 2 could more accurately evaluate fluidity, and that this value was within a specific range, it was found that particularly excellent fluidity was exhibited.

【００４９】嵩密度を安息角の正接値で除した値と、Ｗ
1 2／Ｋ・Ｗ2 が同等の物理量であることは数式的に次の
ように求まる。 嵩密度＝Ｗ1 ／Ｖ1 Ｖ1 ：容積（この場合２００ｃｍ3 ） 安息角＝ｔａｎ-1（ｈ／ｒ） ｈ ：堆積時の底面から頂点までの高さ ｒ ：測定架台の半径（この場合４ｃｍ）The value obtained by dividing the bulk density by the tangent of the angle of repose, W
That 1 2 / K · W 2 is an equivalent physical quantity can be mathematically obtained as follows. Bulk density = W 1 / V 1 V 1 : Volume (in this case, 200 cm 3 ) Angle of repose = tan -1 (h / r) h: Height from bottom to top during deposition r: Radius of measurement stand (In this case) 4cm)

【００５０】測定架台上のチョップドファイバーの重量
Ｗ2 のとき安息角は次のように示される。 Ｗ2 ＝（１／３）×π×ｒ2 ×ｈ×（Ｗ1 ／Ｖ1 ） ｈ＝ｒ×ｔａｎ（安息角）であるから、ｔａｎ（安息
角）は次式で示される。 ｔａｎ（安息角）＝３Ｗ2 Ｖ1 ／（πｒ3 Ｗ1 ）When the weight of the chopped fiber on the measuring stand is W 2 , the angle of repose is expressed as follows. W 2 = ( １ ／) × π × r 2 × h × (W 1 / V 1 ) Since h = r × tan (angle of repose), tan (angle of repose) is expressed by the following equation. tan (angle of repose) = 3W 2 V 1 / (πr 3 W 1 )

【００５１】したがって、嵩密度を安息角の正接値で除
した値は、次のようになる。 嵩密度／ｔａｎ（安息角）＝（Ｗ1 ／Ｖ1 )/（３Ｗ2 Ｖ1/（πｒ3 Ｗ1 ）） ＝Ｗ1 2／Ｋ・Ｗ2 ここで、Ｖ1 を２００ｃｍ3 、ｒを４ｃｍとした場合、
Ｋ＝３Ｖ1 2／（πｒ3）＝５９７となる。安息角の測定
精度に比してＷ2 の測定精度は高いため、これは流動性
の指標として極めて実用的である。Therefore, the value obtained by dividing the bulk density by the tangent of the angle of repose is as follows. Bulk density / tan (angle of repose) = (W 1 / V 1 ) / (3W 2 V 1 / (πr 3 W 1)) = W 1 2 / K · W 2 where the the V 1 200 cm 3, r 4cm
The K = 3V 1 2 / (πr 3) = 597. Since the measurement accuracy is high W 2 than the measurement accuracy of the angle of repose, which is very practical as an indicator of flowability.

【００５２】なお、安息角および嵩密度に関する一般的
技術説明は次の通りである。チョップド繊維のホッパー
における自重下での流動性は壁面と繊維束間および繊維
束同士間の摩擦係数、自重により発生する圧力および壁
面で発生するせん断応力によって決まる。せん断応力が
摩擦力以上になるとすべりがはじまり、流動が起こる。
せん断応力および摩擦力は直接的ではないがそれぞれ嵩
密度および安息角で近似できる物理量である。従来から
チョップド炭素繊維の特性値として嵩密度および安息角
が用いられているのはこのためである。The general technical description concerning the angle of repose and the bulk density is as follows. The fluidity of the chopped fiber under its own weight in the hopper is determined by the friction coefficient between the wall surface and the fiber bundle and between the fiber bundles, the pressure generated by its own weight, and the shear stress generated on the wall surface. When the shear stress exceeds the frictional force, the slip starts and the flow occurs.
The shear stress and the frictional force are not direct but are physical quantities that can be approximated by the bulk density and the angle of repose, respectively. This is why bulk density and angle of repose have conventionally been used as characteristic values of chopped carbon fibers.

【００５３】ところで、嵩密度は、チョップドファイバ
ーを構成する付与したサイジング剤の密度および付着
率、炭素繊維の密度および空隙率で決まり、安息角は短
繊維束片の大きさ、表面平滑性、吸湿性および形状等で
決まる特性であるので、嵩密度と安息角は本来独立で変
わり得る値であり、前述の嵩密度と安息角の相関は限定
された条件下での現象である。The bulk density is determined by the density and adhesion of the applied sizing agent constituting the chopped fiber, the density of the carbon fiber and the porosity, and the angle of repose is determined by the size, surface smoothness, and moisture absorption of the short fiber bundle. Since the characteristics are determined by properties and shapes, the bulk density and the angle of repose are originally values that can be independently changed, and the aforementioned correlation between the bulk density and the angle of repose is a phenomenon under limited conditions.

【００５４】本発明のチョップド炭素繊維を強化材とし
て使用することによって、優れた炭素繊維強化樹脂を製
造することができる。その際、マトリックスとするに適
した熱可塑性樹脂としては、ＡＢＳ、ポリアミド、ポリ
カーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチ
レンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリスルホ
ン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイ
ド、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンス
ルフィド、ポリエーテルケトンあるいはこれら樹脂のア
ロイ等、ほとんど全ての熱可塑性樹脂を使用することが
できる。熱可塑性樹脂組成物は、上記の集束処理された
炭素短繊維３〜７０重量％と、上記のマトリックス樹脂
９７〜３０重量％からなるのが一般的である。By using the chopped carbon fiber of the present invention as a reinforcing material, an excellent carbon fiber reinforced resin can be produced. At this time, thermoplastic resins suitable for the matrix include ABS, polyamide, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, modified polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyether. Almost all thermoplastic resins such as ketones or alloys of these resins can be used. The thermoplastic resin composition generally comprises 3 to 70% by weight of the short carbon fibers subjected to the bunching treatment and 97 to 30% by weight of the matrix resin.

【００５５】[0055]

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をさらに詳
細に説明する。まず、本発明で用いた測定方法について
説明する。The present invention will be described below in more detail with reference to examples. First, the measurement method used in the present invention will be described.

【００５６】〔短繊維束片の重量の求め方〕 手順１．試料から無作為にサンプリングした１００個の
炭素繊維束片について０．１ｍｇまで秤量できる電子天
秤で秤量し、短繊維束片の重量の求めた。定法に従いそ
の平均値を求めた。[Determining Weight of Short Fiber Bundle Piece] Procedure 1. 100 carbon fiber bundle pieces randomly sampled from the sample were weighed by an electronic balance capable of weighing up to 0.1 mg, and the weight of the short fiber bundle piece was determined. The average was determined according to a standard method.

【００５７】〔短繊維束片の繊維長方向の単位長さ当た
りの平均重量の求め方〕 手順２．カット長を測定し、その平均値を用いて手順１
で求めた個々の値を除して短繊維束片の繊維長方向の単
位長さ当たりの平均重量の求めた。次いで、定法に従
い、変動率（ＣＶ値＝標準偏差／平均値）を求めた。[Method for Determining Average Weight per Unit Length of Short Fiber Bundle Piece in Fiber Length Direction] Measure the cut length and use the average value in procedure 1
By dividing the individual values obtained in the above, the average weight per unit length in the fiber length direction of the short fiber bundle piece was obtained. Next, the variation rate (CV value = standard deviation / average value) was determined according to a standard method.

【００５８】〔短繊維束片の一辺の長さの求め方〕重量
測定を行った炭素繊維束片について投影面積とその周長
をコンピュータによる後述の画像処理により測定し、繊
維軸方向と直角方向の辺の長さを周長と手順２で求めた
平均カット長を用いて算出した。定法に従い、それぞれ
の平均値および変動率を求めた。[How to determine the length of one side of the short fiber bundle piece] The projected area and the perimeter of the carbon fiber bundle piece whose weight has been measured are measured by image processing described later using a computer, and the direction perpendicular to the fiber axis direction is measured. Was calculated using the perimeter and the average cut length obtained in step 2. According to a standard method, the average value and the fluctuation rate were determined.

【００５９】〔画像処理〕チョップド炭素繊維束片の幅
形状の評価法は、より正確に測定するためコンピュータ
の画像処理を用いて行った。画像処理に用いた機器はMa
cintosh7600/132、画像取込み用のスキャンとしてEPSON
G-6000を用いた。まず、繊維束片をひとつずつ重量測
定の上、Ａ−４サイズの紙の上に並べて置き、測定Ｎ数
は５０〜１００とした。その上からスプレーのりを噴霧
して固定後、透明フィルムを貼り付けた。このときに正
確な面積既知の黒色塗りつぶし正方形を基準用に添付す
る。画像処理の単位はピクセルであるため、補正用にミ
リメートルのブランクが必要となる。これをEPSON G-60
00の画像処理器上にのせ、Adobe photoshop TM3.0Jソフ
トに取込み記憶させる。次に、NIHimage1.55ソフト上に
添付して画像解析する。単純に幅のみを解析するソフト
でないことから、Perimeter/Lengthで周長をピクセルで
求め、補正用に添付したあるサイズのものとでミリメー
トル単位に補正する。この補正値からカットした長さの
両辺をマイナスし２で割ると一辺の幅のサイズが画像解
析できる。このように画像処理にて評価する方法は、他
にも考えられるが、他の方法であっても、本方法と比較
がとれれば、特に問題はない。[Image Processing] The width of the chopped carbon fiber bundle was evaluated by computer image processing for more accurate measurement. The equipment used for image processing was Ma
cintosh7600 / 132, EPSON as scan for image capture
G-6000 was used. First, the fiber bundle pieces were weighed one by one, placed side by side on A-4 size paper, and the measured N number was 50-100. After fixing by spraying a spray paste from above, a transparent film was attached. At this time, a black-filled square with a known exact area is attached for reference. Since the unit of image processing is a pixel, a millimeter blank is required for correction. This is EPSON G-60
Place it on the image processor of No. 00 and take in and store it in Adobe photoshop TM3.0J software. Next, it is attached to NIHimage1.55 software and analyzed. Since it is not software that simply analyzes the width, the perimeter is obtained in pixels using Perimeter / Length, and the perimeter is corrected with a certain size attached for correction in millimeter units. By subtracting both sides of the cut length from this correction value and dividing by 2, the size of the width of one side can be analyzed. As described above, other methods for evaluating by image processing are conceivable. However, other methods are not particularly problematic as long as they can be compared with the present method.

【００６０】流動性の指標算出に必要なＷ1 、Ｗ2 の測
定は次の様に行った。 〔Ｗ1 2／Ｋ・Ｗ2の求め方〕 （１）Ｗ1の測定：５００ｃｃメスシリンダーに２００c
cの短繊維束を投入し、３ｃｍの高さから１０回落下さ
せた後、メスシリンダー内の短繊維束の最上部の目盛り
を読み取り体積を求め、落下充填後の体積２００ccの重
量を比例計算で求め、これをＷ1 （ｇ）とする。The measurements of W 1 and W 2 required for calculating the index of fluidity were performed as follows. [W 1 2 / K · W Determination of 2] (1) W 1 of measurement: 500cc graduated cylinder to 200c
After putting the short fiber bundle of c, drop it 10 times from the height of 3 cm, read the scale at the top of the short fiber bundle in the measuring cylinder, find the volume, and proportionally calculate the weight of the volume of 200 cc after drop filling. And this is defined as W 1 (g).

【００６１】（２）Ｗ2 の測定：直径８ｃｍ、高さ５ｃ
ｍの平滑で清浄な水平な測定台中心部から試料を少量ず
つ落下させ、測定台から試料がこぼれ落ち、それ以上堆
積しなくなったときの測定台上の試料重量をＷ2 （ｇ）
とする。なお試料の落下は測定台面上あるいは堆積試料
最上部から１から２ｃｍの高さを保ちながら行う。(2) Measurement of W 2 : diameter 8 cm, height 5 c
The sample is dropped little by little from the center of a smooth and clean horizontal measuring table, and the weight of the sample on the measuring table when the sample drops from the measuring table and stops accumulating any more is W 2 (g).
And The sample is dropped while maintaining a height of 1 to 2 cm on the measurement table surface or the top of the deposited sample.

【００６２】（３）定法に従いＷ1 2／Ｋ・Ｗ2を算出し
た。[0062] (3) was calculated W 1 2 / K · W 2 according to a conventional method.

【００６３】〔集束性の評価〕強制攪拌テストで行っ
た。すなわち１０００ccビーカーに２００ccの炭素短繊
維を投入し、攪拌モーターにて１００ｒｐｍで３０分攪
拌し、上述の方法で嵩密度を測定算出し、０．４ｇ／ｃ
ｍ3以下になるものは集束性が不良と判定する方法によ
った。[Evaluation of convergence] The convergence test was performed. That is, 200 cc of short carbon fiber was put into a 1000 cc beaker, stirred at 100 rpm for 30 minutes by a stirring motor, and the bulk density was measured and calculated by the above-mentioned method.
m 3 made below was by the method determining focusing is poor.

【００６４】［流動性の評価］実機テストにより計量性
が不安定になれば流動性不良と判定。なお良好な計量性
とは成形品の繊維含有率が所望の値に安定制御出来るこ
とを言う。[Evaluation of Fluidity] If the meterability becomes unstable in the actual machine test, it is determined that the fluidity is poor. In addition, good measurement property means that the fiber content of a molded article can be stably controlled to a desired value.

【００６５】実施例１ フィラメント数７０，０００本、総繊度４９，５００
Ｄ、１次サイジング剤としてエポキシ系サイジング剤
（ビスフェノールＡジグルシジルエーテルである油化シ
ェル製Ｅｐ８２８とＥｐ１００１の等量混合物を乳化剤
を用いて水分散したもの）を１．５重量％付与し乾燥後
ボビンに巻きあげた目付５．５ｇ／ｍの実質的に無撚の
炭素繊維束を１５ｍ／分の速度で引き出し、フィルム１
００％引張弾性率が１．５ＭＰａのポリウレタン系水分
散系サイジング剤を純分で５％含有した浴中へ導き、サ
イジング剤液を付与した。その後、孔径２．６ｍｍのノ
ズルで絞り、含液率３０％、繊維束幅８，３００Ｄ／ｍ
ｍに調整し、この繊維をロービングカッターへ導き長さ
６ｍｍにカット処理した。次いで、この含液率３０％の
チョップド繊維をオーブンの金網を振動数１６サイクル
／秒、振幅６ｍｍで振動させながら１９０℃で５分間乾
燥させて、サイジング剤付着率３．２重量％のチョップ
ドファイバーを得た。このものを用いてホッパー容量
０．３ｍ3の押出機を用いてプロセス性のテストを行っ
たところ、流動性が良好で計量性に全く問題なくプロセ
スできた。結果を表１にまとめた。Example 1 70,000 filaments, total fineness 49,500
D: 1.5% by weight of an epoxy-based sizing agent (dispersed in water using an emulsifier of an equivalent mixture of Ep828 and Ep1001 manufactured by Yuka Shell, which is bisphenol A diglycidyl ether) as a primary sizing agent, and dried. A substantially untwisted carbon fiber bundle having a basis weight of 5.5 g / m wound on a bobbin was pulled out at a speed of 15 m / min, and a film 1
The sizing agent liquid was applied to a bath containing 5% of a polyurethane aqueous dispersion sizing agent having a pure elasticity of 1.5 MPa and a tensile modulus of 00%. Then, it was squeezed with a nozzle having a pore diameter of 2.6 mm, the liquid content was 30%, and the fiber bundle width was 8,300 D / m
m, and the fiber was guided to a roving cutter and cut to a length of 6 mm. Next, the chopped fiber having a liquid content of 30% was dried at 190 ° C. for 5 minutes while vibrating a wire mesh of an oven at a frequency of 16 cycles / second and an amplitude of 6 mm, thereby obtaining a chopped fiber having a sizing agent adhesion rate of 3.2% by weight. I got When a processability test was carried out using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 using this product, the processability was good and the process could be carried out without any problem in weighability. The results are summarized in Table 1.

【００６６】実施例２ フィラメント数７０，０００、総繊度４９，５００Ｄ、
１次サイジング剤としてエポキシ系サイジング剤（ビス
フェノールＡジグルシジルエーテルである油化シェル製
Ｅｐ８２８とＥｐ１００１の等量混合物を乳化剤を用い
て水分散したもの）を１．５重量％付与し乾燥後ボビン
に巻きあげた目付５．５ｇ／ｍの実質的に無撚の炭素繊
維束を１５ｍ／分の速度で引き出し、幅１０ｍｍ、長さ
１００ｍｍの溝を有するガイド給油装置に接触させなが
ら張力２ｋｇで走行させた。このガイド給油装置の給油
スリットからサイジング剤液を含液率が３０重量％にな
るように計量供給し、実施例１のサイジング剤を炭素繊
維に付与した。次いでジグザグに並べた５個のローラー
でしごきを加えた後、繊維束幅を８,３００Ｄ／ｍｍに
調整し、ロービングカッターへ導き長さ６ｍｍにカット
処理した。次いでこの含液率３０％のチョップド繊維を
オーブンの金網を振動数１６サイクル／秒、振幅６ｍｍ
で振動させながら１９０℃で５分間乾燥させて、サイジ
ング剤が３．２重量％付与されたチョップドファイバー
を得た。このものを用いてホッパー容量０．３ｍ3の押
出機を用いてプロセス性のテストを行ったところ、流動
性が良好で計量性に全く問題なくプロセスできた。結果
を表１にまとめた。また短繊維束片の重量および幅の分
布を図１に示した。Example 2 70,000 filaments, 49,500 D total fineness,
As a primary sizing agent, 1.5% by weight of an epoxy-based sizing agent (a mixture of the same amount of bisphenol A diglycidyl ether, Ep828 and Ep1001 made by Yuka Shell and dispersed in water using an emulsifier) was applied to the bobbin after drying at 1.5% by weight. A substantially untwisted carbon fiber bundle having a basis weight of 5.5 g / m is pulled out at a speed of 15 m / min, and is run at a tension of 2 kg while being in contact with a guide lubricator having a groove of 10 mm in width and 100 mm in length. Was. The sizing agent liquid was metered and supplied from the oil supply slit of this guide oil supply device so that the liquid content became 30% by weight, and the sizing agent of Example 1 was applied to the carbon fibers. Next, after ironing was performed with five rollers arranged in a zigzag manner, the fiber bundle width was adjusted to 8,300 D / mm, and the fiber bundle was guided to a roving cutter and cut into a length of 6 mm. Next, the chopped fiber having a liquid content of 30% was passed through an oven wire mesh at a frequency of 16 cycles / sec and an amplitude of 6 mm.
The mixture was dried at 190 ° C. for 5 minutes while being vibrated at, to obtain chopped fibers provided with 3.2% by weight of a sizing agent. When a processability test was carried out using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 using this product, the processability was good and the process could be carried out without any problem in weighability. The results are summarized in Table 1. FIG. 1 shows the distribution of the weight and width of the short fiber bundle pieces.

【００６７】実施例３ 実施例２において、乾燥での振動条件を、振動数１６サ
イクル／秒、振幅３ｍｍとした以外は同じ条件で実施
し、チョップドファイバーを得た。このものを用いてホ
ッパー容量０．３ｍ3の押出機を用いてプロセス性のテ
ストを行ったところ、実施例２よりも流動性がやや低く
なったが計量性に全く問題なくプロセスできた。結果を
表１にまとめた。また短繊維束片の重量および幅の分布
を図２に示した。Example 3 A chopped fiber was obtained in the same manner as in Example 2, except that the vibration conditions during drying were 16 cycles / sec and the amplitude was 3 mm. When a processability test was carried out using this product using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 , the fluidity was slightly lower than that in Example 2, but the process could be performed without any problem in the weighability. The results are summarized in Table 1. FIG. 2 shows the distribution of the weight and width of the short fiber bundle pieces.

【００６８】実施例４ フィラメント数７０，０００、総繊度４９，５００Ｄ、
１次サイジング剤としてエポキシ系サイジング剤（ビス
フェノールＡジグルシジルエーテルである油化シェル製
Ｅｐ８２８とＥｐ１００１の等量混合物を乳化剤を用い
て水分散したもの）を１．５重量％付与し乾燥後ボビン
に巻き上げた目付５．５ｇ／ｍの実質的に無撚の炭素繊
維を１５ｍ／分の速度で引き出し、幅１０ｍｍ、長さ１
００ｍｍの溝を有するガイド給油装置に接触させながら
張力２ｋｇで走行させた。このガイド給油装置の給油ス
リットからサイジング剤液を含液率が２０重量％になる
ように計量供給し、実施例１のサイジング剤液を炭素繊
維に付与した。次いでジグザグに並べた５個のローラー
でしごきを加えた後、繊維束幅を８,３００Ｄ／ｍｍに
調整し、ロービングカッターへ導き長さ６ｍｍにカット
した。次いでオーブン中にある金網の上にカット糸を拡
げた後、噴霧器でカット糸にまんべんなく水を噴霧し
て、先に付与したサイジング剤液と合わせて含液率が３
０重量％になるように処理した。次いで実施例２と同様
の方法で乾燥し、サイジング剤が３．５重量％付与され
たチョップドファイバーを得た。このものを用いてホッ
パー容量０．３ｍ3の押出機を用いてプロセス性のテス
トを行ったところ、計量性に全く問題なくプロセスでき
た。結果を表１にまとめた。Example 4 70,000 filaments, 49,500 D total fineness,
As a primary sizing agent, 1.5% by weight of an epoxy-based sizing agent (a mixture of the same amount of bisphenol A diglycidyl ether, Ep828 and Ep1001 made by Yuka Shell and dispersed in water using an emulsifier) was applied to the bobbin after drying at 1.5% by weight. A substantially untwisted carbon fiber having a basis weight of 5.5 g / m was drawn out at a speed of 15 m / min, and was 10 mm wide and 1 mm long.
The vehicle was run with a tension of 2 kg while being in contact with a guide lubrication device having a groove of 00 mm. The sizing agent liquid was metered and supplied from the oil supply slit of this guide oil supply device so that the liquid content became 20% by weight, and the sizing agent liquid of Example 1 was applied to the carbon fibers. Next, after ironing was performed with five rollers arranged in zigzag, the fiber bundle width was adjusted to 8,300 D / mm, and the fiber bundle was guided to a roving cutter and cut into a length of 6 mm. Next, after the cut yarn is spread on a wire mesh in an oven, water is evenly sprayed on the cut yarn with a sprayer, and the liquid content is 3 in accordance with the sizing agent liquid previously applied.
The treatment was performed so as to be 0% by weight. Next, it was dried in the same manner as in Example 2 to obtain a chopped fiber to which 3.5% by weight of the sizing agent was added. When a processability test was carried out using this extruder with a hopper capacity of 0.3 m 3 , the process could be carried out without any problem in weighability. The results are summarized in Table 1.

【００６９】実施例５ 実施例４において１次サイジング剤を付与しない炭素繊
維である以外は同様の方法でサイジング剤付着率１．５
重量％のチョップド炭素繊維を得た。このものを用いて
ホッパー容量０．３ｍ3の押出機を用いてプロセス性の
テストを行ったところ、実施例４とほとんど変わりなく
問題なくプロセスできた。Example 5 A sizing agent adhesion rate of 1.5 was obtained in the same manner as in Example 4 except that the carbon fiber was not provided with a primary sizing agent.
By weight, chopped carbon fibers were obtained. When a processability test was performed using this product and using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 , the process was almost the same as that of Example 4 and no problem was found.

【００７０】実施例６ 実施例２においてガイド給油装置で付与するサイジング
剤がアクリル樹脂（日本アクリル化学社製のプライマル
ＨＡ−８）である以外は同じ条件でサイジング剤付着率
３．３重量％のチョップドファイバーを得た。このもの
をホッパー容量３００ｌの押出機を用いてナイロン樹脂
にコンパウンドしたところ、ホッパー内の流動性は良好
で計量性に全く問題はなかった。結果を表１にまとめ
た。Example 6 The same conditions as in Example 2 were carried out except that the sizing agent applied by the guide lubricating device was an acrylic resin (Primal HA-8 manufactured by Nippon Acrylic Chemicals Co., Ltd.). A chopped fiber was obtained. When this was compounded into a nylon resin using an extruder having a hopper capacity of 300 l, the flowability in the hopper was good and there was no problem in the weighability. The results are summarized in Table 1.

【００７１】比較例１ 実施例２において、振動させずに乾燥した以外は同じ条
件で実施し、チョップドファイバーを得た。このものを
用いてホッパー容量０．３ｍ3の押出機を用いてプロセ
ス性のテストを行ったところ、流動性が悪く閉塞を時々
起こし安定してプロセスできなかった。結果を表１にま
とめた。また短繊維束片の重量および幅の分布を図３に
示した。Comparative Example 1 A chopped fiber was obtained in the same manner as in Example 2 except that drying was performed without vibration. When a processability test was performed using this extruder with a hopper capacity of 0.3 m 3 , the flowability was poor, and clogging sometimes occurred, and the process could not be performed stably. The results are summarized in Table 1. FIG. 3 shows the distribution of the weight and width of the short fiber bundle pieces.

【００７２】比較例２ 実施例２において、繊維束幅を３，３００Ｄ／ｍｍに調
整した以外は同じ条件で実施し、チョップド炭素繊維を
得た。このものを用いてホッパー容量０．３ｍ3の押出
機を用いてプロセス性のテストを行ったところ、流動性
が低く全くプロセスできなかった。結果を表１にまとめ
た。Comparative Example 2 A chopped carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 2, except that the fiber bundle width was adjusted to 3,300 D / mm. When a processability test was carried out using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 , the resulting product was low in fluidity and could not be processed at all. The results are summarized in Table 1.

【００７３】実施例７ 実施例２において、繊維束幅を５，８００Ｄ／ｍｍに調
整した以外は同じ条件で実施し、チョップド炭素繊維を
得た。このものを用いてホッパー容量０．３ｍ3の押出
機を用いてプロセス性のテストを行ったところ、実施例
２よりも流動性がやや低くなったが計量性には問題なく
プロセスできた。結果を表１にまとめた。Example 7 A chopped carbon fiber was obtained in the same manner as in Example 2, except that the fiber bundle width was adjusted to 5,800 D / mm. When a processability test was performed using this product and using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 , the fluidity was slightly lower than that in Example 2, but the process could be performed without any problem in the measurement performance. The results are summarized in Table 1.

【００７４】実施例８ 実施例２において、サイジング剤液をカット時および乾
燥前の含液率が３５重量％になるように計量供給した以
外は同じ条件で実施し、チョップドファイバーを得た。
カット時の刃への炭素繊維カット片の付着が起こるの
で、付着する炭素繊維を掻き落とすためのブラシを取り
付けることによりカット工程のプロセス性を保った。こ
のものを用いてホッパー容量０．３ｍ3の押出機を用い
てプロセス性のテストを行ったところ、流動性が良好で
計量性に全く問題なくプロセスできた。結果を表１にま
とめた。Example 8 A chopped fiber was obtained in the same manner as in Example 2, except that the sizing agent solution was metered and supplied so that the liquid content before cutting and before drying was 35% by weight.
Since a carbon fiber cut piece adheres to the blade at the time of cutting, the processability of the cutting step was maintained by attaching a brush for scraping off the carbon fiber attached. When a processability test was carried out using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 using this product, the processability was good and the process could be carried out without any problem in weighability. The results are summarized in Table 1.

【００７５】実施例９ 実施例２において、サイジング剤液をカット時および乾
燥前含液率が共に２０重量％になるように計量供給した
以外は同じ条件で実施し、チョップドファイバーを得
た。カット時の刃への炭素繊維カット片の付着がなくカ
ット工程のプロセス性は極めて良好であった。このもの
を用いてホッパー容量０．３ｍ3の押出機を用いてプロ
セス性のテストを行ったところ、実施例５より流動性が
やや低くなったが計量性には問題なくプロセスできた。
結果を表１にまとめた。Example 9 A chopped fiber was obtained in the same manner as in Example 2, except that the sizing agent solution was metered and supplied so that the liquid content before cutting and before drying both became 20% by weight. There was no adhesion of the carbon fiber cut pieces to the blade during cutting, and the processability of the cutting step was extremely good. When a processability test was carried out using this product using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 , the fluidity was slightly lower than that in Example 5, but the process could be performed without any problem in the weighability.
The results are summarized in Table 1.

【００７６】比較例３ フィラメント数７０，０００、総繊度４９，５００Ｄ、
１次サイジング剤としてエポキシ系サイジング剤（ビス
フェノールＡジグルシジルエーテルである油化シェル製
Ｅｐ８２８とＥｐ１００１の等量混合物を乳化剤を用い
て水分散したもの）を１．５重量％付与し乾燥後ボビン
に巻きあげた目付５．５ｇ／ｍの実質的に無撚の炭素繊
維束を１５ｍ／分の速度で引き出し、幅１０ｍｍ、長さ
１００ｍｍの溝を有するガイド給油装置に接触させなが
ら張力２ｋｇで走行させた。このガイド給油装置の給油
スリットから純分１０重量％のサイジング剤液をカット
時の含液率が1０重量％になるように計量供給し、実施
例１のサイジング剤を炭素繊維に付与した。次いでジグ
ザグに並べた５個のローラーでしごきを加えた後、繊維
束幅を８、３００Ｄ／ｍｍに調整し、ロービングカッタ
ーへ導き長さ６ｍｍにカット処理した。次いでこの含液
率１０％のチョップド繊維をオーブンの金網を、振動数
１６サイクル／秒、振幅３ｍｍで振動させながら１９０
℃で５分間乾燥させてサイジング剤付着量２．４％のチ
ョップドファイバーを得た。このものを用いてホッパー
容量０．３ｍ3の押出機を用いてプロセス性のテストを
行ったところ、流動性が低く全くプロセスできなかっ
た。結果を表１にまとめた。なお乾燥条件を実施例１と
同じにすると一部単繊維状となって系外に飛散するとい
うプロセス上の問題があった。Comparative Example 3 70,000 filaments, 49,500 D total fineness,
As a primary sizing agent, 1.5% by weight of an epoxy-based sizing agent (a mixture of the same amount of bisphenol A diglycidyl ether, Ep828 and Ep1001 made by Yuka Shell and dispersed in water using an emulsifier) was applied to the bobbin after drying at 1.5% by weight. A substantially untwisted carbon fiber bundle having a basis weight of 5.5 g / m is pulled out at a speed of 15 m / min, and is run at a tension of 2 kg while being in contact with a guide lubricator having a groove of 10 mm in width and 100 mm in length. Was. A sizing agent solution having a pure content of 10% by weight was metered and supplied from the oiling slit of this guide oiling device so that the liquid content at the time of cutting became 10% by weight, and the sizing agent of Example 1 was applied to carbon fibers. Next, after ironing was performed with five rollers arranged in a zigzag manner, the fiber bundle width was adjusted to 8, 300 D / mm, and the fiber bundle was guided to a roving cutter and cut into a length of 6 mm. Then, the chopped fibers having a liquid content of 10% were oscillated in an oven at a frequency of 16 cycles / sec.
After drying at 5 ° C. for 5 minutes, chopped fibers having a sizing agent adhesion amount of 2.4% were obtained. When a processability test was carried out using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 , the resulting product was low in fluidity and could not be processed at all. The results are summarized in Table 1. When the drying conditions were the same as in Example 1, there was a problem in the process that some fibers became monofilament and scattered outside the system.

【００７７】[0077]

【表１】 [Table 1]

【００７８】比較例４ 実施例１においてカット時および乾燥前の含液率を４５
重量％にした以外は同じ条件で実施したところ、カッタ
ー刃まわりにチョップド繊維の付着が多く、ミスカット
が多発し、所望のチョップド炭素繊維が得られなかっ
た。Comparative Example 4 The liquid content at the time of cutting and before drying was 45 in Example 1.
When the same conditions were used except that the weight% was used, chopped fibers adhered much around the cutter blade, miscutting occurred frequently, and desired chopped carbon fibers could not be obtained.

【００７９】比較例５ 実施例４においてガイド給油装置からサイジング剤液を
付与し、カット時の含液率が７重量％になるようにする
こと、噴霧器でチョップド繊維にまんべんなく水を噴霧
して、先に付与したサイジング剤液と合わせて乾燥前の
含液率が４０重量％になるように処理した以外は同じ条
件で実施したところ、カットの衝撃により細分断化され
たチョップド繊維束が乾燥時にお互い接着した合体した
チョップド炭素繊維が生じていた。。このものを用いて
ホッパー容量０．３ｍ3の押出機を用いてプロセス性の
テストを行ったところ、流動性に安定性がなく供給安定
性に問題があった。Comparative Example 5 In Example 4, a sizing agent liquid was applied from a guide oil supply device so that the liquid content at the time of cutting was 7% by weight, and water was evenly sprayed on the chopped fibers with a sprayer. The same conditions were applied except that the liquid content before drying was adjusted to 40% by weight in combination with the sizing agent liquid previously applied. Coalesced chopped carbon fibers adhered to each other. . When a processability test was performed using an extruder having a hopper capacity of 0.3 m 3 , there was no stability in the fluidity and there was a problem in the supply stability.

【００８０】[0080]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のチョップ
ド炭素繊維およびその製造方法によれば、低価格の多フ
ィラメントの炭素繊維束を用いて、プロセス性、つま
り、流動性や集束性等の取扱い性に優れたチョップド炭
素繊維を得ることができ、優れた特性の炭素繊維強化複
合材料の成形に供することができる。As described above, according to the chopped carbon fiber and the method for producing the same of the present invention, the processability, that is, the flowability and convergence, etc., can be improved by using a low-cost multifilament carbon fiber bundle. It is possible to obtain chopped carbon fibers having excellent handleability, and to provide a carbon fiber reinforced composite material having excellent characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】実施例２における特性の評価結果を示すグラフ
である。FIG. 1 is a graph showing evaluation results of characteristics in Example 2.

【図２】実施例３における特性の評価結果を示すグラフ
である。FIG. 2 is a graph showing evaluation results of characteristics in Example 3.

【図３】比較例１における特性の評価結果を示すグラフ
である。FIG. 3 is a graph showing evaluation results of characteristics in Comparative Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｄ０６Ｍ 23/06 Ｄ０６Ｍ 23/06 (72)発明者 京野 哲幸 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515番地 東 レ株式会社愛媛工場内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI D06M 23/06 D06M 23/06 (72) Inventor Tetsuyuki Kyono 1515 Tsutsui, Oaza, Matsumae-cho, Iyo-gun, Ehime Pref.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 サイジング剤が付与されたチョップド炭
素繊維の集合体であって、その集合体の構成単位である
短繊維束片の繊維長方向の単位長さ当たりの平均重量が
１．７〜４ｍｇ／ｍｍの範囲にあり、かつ、その繊維長
方向の単位長さ当たりの重量の分布における変動率が３
０〜６０％であることを特徴とするチョップド炭素繊
維。1. An aggregate of chopped carbon fibers to which a sizing agent has been added, wherein an average weight per unit length in a fiber length direction of a short fiber bundle piece as a constituent unit of the aggregate is 1.7 to 1. 4 mg / mm, and the variation rate in the weight distribution per unit length in the fiber length direction is 3
A chopped carbon fiber characterized by being 0 to 60%. 【請求項２】 短繊維束片の重量が平均重量の２倍以上
のものの個数および１／３倍以下のものの個数の全個数
に対する比率がそれぞれ１０％未満であることを特徴と
する請求項１に記載のチョップド炭素繊維。2. The method according to claim 1, wherein the ratio of the number of short fiber bundle pieces to the total number of pieces whose weight is 2 times or more of the average weight and 1/3 times or less of the average weight is less than 10%. 4. The chopped carbon fiber according to 1. 【請求項３】 短繊維束片の横断面形状が略矩形でその
一辺の長さに分布があり、その平均値が１．５〜６ｍｍ
の範囲、変動率が２５〜４０％の範囲にあることを特徴
とする請求項１または２に記載のチョップド炭素繊維。3. The short fiber bundle piece has a substantially rectangular cross-sectional shape, a distribution of the length of one side thereof, and an average value of 1.5 to 6 mm.
3. The chopped carbon fiber according to claim 1, wherein the fluctuation rate is in the range of 25 to 40%. 4. 【請求項４】 サイジング剤が、ウレタン樹脂、アクリ
ル樹脂、エポキシ樹脂を単独または混合した樹脂を主成
分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載のチョップド炭素繊維。4. The chopped carbon fiber according to claim 1, wherein the sizing agent is mainly composed of a resin obtained by mixing a urethane resin, an acrylic resin, or an epoxy resin alone or a mixture thereof. 【請求項５】 下記特性を有することを特徴とするチョ
ップド炭素繊維。 ０．５≦Ｗ1 2／（Ｋ・Ｗ2）≦１．５ Ｋ ：定数＝５９７ Ｗ1：容積２００ccの容器に充填した時の重量（ｇ） Ｗ2：直径８ｃｍの平らなステンレス製測定台上に堆積
可能な最大重量（ｇ）5. A chopped carbon fiber having the following characteristics. 0.5 ≦ W 1 2 / (K · W 2) ≦ 1.5 K: Constant = 597 W 1: weight when filled in a container of volume 200cc (g) W 2: Flat stainless steel measuring 8cm diameter Maximum weight that can be deposited on the table (g) 【請求項６】 下記特性を有することを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載のチョップド炭素繊維。 ０．５≦Ｗ1 2／（Ｋ・Ｗ2）≦１．５ Ｋ ：定数＝５９７ Ｗ1：容積２００ccの容器に充填した時の重量（ｇ） Ｗ2：直径８ｃｍの平らなステンレス製測定台上に堆積
可能な最大重量（ｇ）6. The chopped carbon fiber according to claim 1, which has the following characteristics. 0.5 ≦ W 1 2 / (K · W 2) ≦ 1.5 K: Constant = 597 W 1: weight when filled in a container of volume 200cc (g) W 2: Flat stainless steel measuring 8cm diameter Maximum weight that can be deposited on the table (g) 【請求項７】 フィラメント数が２０，０００〜１５
０，０００本の範囲の連続炭素繊維束に、水分散系サイ
ジング剤を含有するサイジング剤を付与し、充填密度
５，０００〜２０，０００Ｄ／ｍｍの範囲に制御し、且
つカット時の含液量が１０〜３５重量％の濡れた状態で
炭素繊維束をカットし、次いで乾燥前の含液量が１５〜
４５重量％の状態で、振動下で乾燥することを特徴とす
るチョップド炭素繊維の製造方法。7. A filament having a number of 20,000 to 15
A sizing agent containing an aqueous dispersion sizing agent is applied to a continuous carbon fiber bundle in the range of 0000 fibers to control the packing density to be in a range of 5,000 to 20,000 D / mm, and to contain a liquid at the time of cutting. The carbon fiber bundle is cut in a wet state with an amount of 10 to 35% by weight, and then the liquid content before drying is 15 to 35% by weight.
A method for producing chopped carbon fiber, characterized by drying under vibration at 45% by weight. 【請求項８】 カット時、乾燥前共に含液率が１５〜３
５重量％であることを特徴とする請求項７に記載のチョ
ップド炭素繊維の製造方法。8. A liquid content of 15 to 3 before cutting and before drying.
The method for producing chopped carbon fiber according to claim 7, wherein the content is 5% by weight. 【請求項９】 カット時の含液量が１０〜３０重量％で
の濡れた状態で炭素繊維束をカットし、次いで乾燥前に
水またはサイジング剤液をチョップド繊維束に追加付与
することによって乾燥前の含液量を２５〜４５重量％に
することを特徴とする請求項７に記載のチョップド炭素
繊維の製造方法。9. Drying by cutting a carbon fiber bundle in a wet state with a liquid content of 10 to 30% by weight at the time of cutting, and then adding water or a sizing agent solution to the chopped fiber bundle before drying. The method for producing chopped carbon fibers according to claim 7, wherein the liquid content before is 25 to 45% by weight. 【請求項１０】 乾燥前に水またはサイジング剤液をチ
ョップド繊維束に追加付与することが、噴霧することに
よって行われることを特徴とする請求項９に記載のチョ
ップド炭素繊維の製造方法。10. The method for producing chopped carbon fibers according to claim 9, wherein the additional application of water or a sizing agent liquid to the chopped fiber bundle before drying is performed by spraying. 【請求項１１】 サイジング剤液を付与した連続繊維束
をノズル孔を通すことにより含液率を制御することを特
徴とする請求項７に記載のチョップド炭素繊維の製造方
法。11. The method for producing chopped carbon fibers according to claim 7, wherein the liquid content is controlled by passing a continuous fiber bundle provided with the sizing agent liquid through a nozzle hole. 【請求項１２】 サイジング剤液をガイドを介して供給
するガイド給油により連続炭素繊維束にサイジング剤を
付与することを特徴とする請求項７に記載のチョップド
炭素繊維の製造方法。12. The method for producing chopped carbon fibers according to claim 7, wherein the sizing agent is applied to the continuous carbon fiber bundle by guide oil supply that supplies a sizing agent liquid via a guide. 【請求項１３】 サイジング剤液で濡れた状態のまま、
カットされた短繊維束片を、１秒間に５サイクル〜２５
サイクルの範囲で振動させながら熱風乾燥させることを
特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載のチョップ
ド炭素繊維の製造方法。13. A wet state with a sizing agent solution,
The cut short fiber bundle pieces are subjected to 5 to 25 cycles per second.
The method for producing chopped carbon fibers according to any one of claims 7 to 12, wherein the hot air drying is performed while vibrating in a cycle range. 【請求項１４】 カットする直前のサイジング剤液で濡
れた炭素繊維束の充填密度が８，０００〜１５，０００
Ｄ／ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項７〜１３
のいずれかに記載のチョップド炭素繊維の製造方法。14. The packing density of a carbon fiber bundle wet with a sizing agent solution immediately before cutting is 8,000 to 15,000.
14. D / mm range.
The method for producing chopped carbon fibers according to any one of the above.
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